DE102016014066B3 - Gear shift for an electric motor bicycle auxiliary drive - Google Patents

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Abstract

Eine für den elektromotorischen Zusatzantrieb (12) eines Fahrrades ausgelegte Gangschaltung (45) weist eine Zentralwelle (40) auf, bei der die Drehmomentenbeiträge einer Kurbelwelle (14) und einer Antriebswelle (35) einander überlagert sind. Die Zentralwelle (40) steht, pro Gangstufe über ein Ritzel (43) und ein damit kämmendes Triebrad (26), mit einem Zugmittelrad (28) in Drehverbindung. In der kleinsten der Gangstufen ist das Ritzel (43) drehstarr mit der Zentralwelle (40) verbunden, in den anderen Gangstufen sind die Ritzel (43) auf der Zentralwelle (40) wälzgelagert. Ab der zweitniedrigsten der Gangstufen ist zwischen der Zentralwelle (40) und dem zugeordneten der Ritzel (43) eine formschlüssige Kupplung (46) mit einem auf der Zentralwelle (40) drehfesten Klauenrad (48.2) wirksam. Das Klauenrad (48.2), und damit die Kupplung (46), ist mittels einer von einem Servomotor (50) verdrehbaren Schaltwelle (54) über eine Schaltgabel (49) durch Verschieben längs der Zentralwelle (40) umsteuerbar. Die Schaltgabel (49) ist von einer zu den Achsen der Zentralwelle (40) und der Schaltwelle (54) parallelen Stützsäule (51) quer geführt. Die Schaltgabel (49) greift in eine gewindeähnliche Kulisse (52) in der Mantelfläche (53) der Schaltwelle (54) und gegenüberliegend in eine längs der Stirn des Klauenrades (48.2) umlaufende Nut (60) ein. In den Gangstufen unter der höchsten ist jeweils zwischen dem Zugmittelrad (28) und den Triebrädern (26) ein Freilauf (56) eingebaut. Zum Betreiben des Antriebes (31) für das Zusatzdrehmoment und des Servomotors (50) für den Gangwechsel ist eine Steuerschaltung (58) vorgesehen ist, die nach Maßgabe unter anderem des von der Kurbelwelle (14) gerade anstehenden Drehmomentes beaufschlagt ist.A gearshift (45) designed for the electromotive auxiliary drive (12) of a bicycle has a central shaft (40) in which the torque contributions of a crankshaft (14) and a drive shaft (35) are superimposed on one another. The central shaft (40), per gear stage via a pinion (43) and a drive wheel meshing therewith (26), with a Zugmittelrad (28) in rotary connection. In the smallest of the gear stages, the pinion (43) is rotationally rigidly connected to the central shaft (40), in the other gear stages, the pinions (43) on the central shaft (40) are roller-mounted. From the second lowest of the gear stages is between the central shaft (40) and the associated pinion (43) a positive clutch (46) with a on the central shaft (40) non-rotatable jaw wheel (48.2) effective. The claw wheel (48.2), and thus the coupling (46), is reversible by means of a by a servo motor (50) rotatable switching shaft (54) via a shift fork (49) by moving along the central shaft (40). The shift fork (49) is transversely guided by a support column (51) parallel to the axes of the central shaft (40) and the selector shaft (54). The shift fork (49) engages in a thread-like link (52) in the lateral surface (53) of the switching shaft (54) and opposite in a along the front of the jaw wheel (48.2) circumferential groove (60). In the gear ratios below the highest, a freewheel (56) is installed in each case between the Zugmittelrad (28) and the drive wheels (26). To operate the drive (31) for the additional torque and the servomotor (50) for the gear change, a control circuit (58) is provided, which is acted upon in accordance with, inter alia, of the crankshaft (14) just upcoming torque.

Description

Die Erfindung betrifft eine für einen elektromotorischen Fahrrad-Zusatzantrieb ausgelegte Gangschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a designed for an electric motor bicycle auxiliary drive gearshift according to the preamble of claim 1.

Ein derart ausgestatteter Zusatzantrieb ist aus der DE 10 2014 009 833 B4 bekannt. Auf einem Hohlrad eines Planetengetriebes werden die Drehmomentenbeiträge von einer Kurbelwelle über dessen Planetenträger, bei arretierter Sonne, und von einer Antriebswelle über ein Stirnradgetriebe zusammengeführt. Das Hohlrad treibt eine dort mit einem Kettenblatt als Zugmittelrad ausgerüstete Hohlwelle, die auf der Kurbelwelle gelagert ist. Das Hohlrad steht über einen Freilauf ständig mit der Hohlwelle in Eingriff. Dadurch wird dieser Antrieb überholt, wenn und solange die Hohlwelle vom Hohlrad über ein parallelgeschaltetes Getriebe schneller angetrieben wird. Dazu wird das Eingangsrad dieses Getriebes mittels auf der Welle des Planetengetriebes axial verschiebbarer Klauen drehstarr mit dem Hohlrad verbunden. Wie diese als Gangschaltung dienende Verschiebung vonstatten geht, ist in dem Patent nicht offenbart; auch nicht, wie es bedarfsweise apparativ möglich wäre, im Interesse möglichst lastsprungfreien, gleichmäßigen Pedalierens die dort beschriebene Einrichtung um weitere Gänge zu ergänzen.Such equipped auxiliary drive is from the DE 10 2014 009 833 B4 known. On a ring gear of a planetary gear, the torque contributions are brought together by a crankshaft via the planet carrier, with the sun locked, and by a drive shaft via a spur gear. The ring gear drives a there equipped with a chainring as Zugmittelrad hollow shaft, which is mounted on the crankshaft. The ring gear is constantly via a freewheel with the hollow shaft in engagement. As a result, this drive is overhauled if and as long as the hollow shaft is driven faster by the ring gear via a parallel-connected gearbox. For this purpose, the input gear of this transmission is rotationally rigidly connected to the ring gear by means of claws which are axially displaceable on the shaft of the planetary gear. How this gear shift is accomplished is not disclosed in the patent; also not, as it would be necessary apparatus-wise, in the interests of possible load jump-free, even pedaling the device described there to supplement other courses.

Aus der JP H10-194 186 A ist es bekannt, in den abhängig vom eingebrachten Pedalmoment angesteuerten elektromotorischen Zusatzantrieb eine automatische Mehrgangschaltung zu integrieren.From the JP H10-194 186 A It is known to integrate an automatic multi-speed circuit in the dependent on the introduced pedal torque controlled electric motor auxiliary drive.

In Erkenntnis der eingangs erörterten Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, die beiden einander überlagerten Drehmomente konstruktiv einfacher auf die Gangschaltung zu übertragen und diese dafür auszulegen, dass sie im Interesse optimaler Leistungsbemessung funktional problemlos auf weitere Gangstufen über zwei hinaus erweiterbar ist, zwischen denen ein vollautomatisches Umschalten anzustreben ist.In recognition of the circumstances discussed above, the present invention has for its object to transmit the two superimposed torques structurally simpler on the gearshift and to interpret that it is functional in the interest of optimal power rating easily extendable to further grades beyond two, between those fully automatic switching is desirable.

Diese Aufgabe ist durch das Zusammenwirken der im Patentanspruch 1 angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach werden die beiden Drehmomenten-Beiträge, erforderlichenfalls über Getriebe, in ein Koppelrad eingeführt, das in Drehverbindung mit einer Zentralwelle steht. Abgesehen vom jedenfalls im Betrieb mit der Zentralwelle drehfest verbundenen Ritzel der niedersten Gangstufe sind auf der Zentralwelle unterschiedlich bemessene, mit Triebrädern kämmende Ritzel verdrehbar gelagert, vorzugsweise wälzgelagert. Zu umsteuerbarem Kupplungseingriff sind die Ritzel mit der Zentralwelle über Kupplungsräder, vorzugsweise ausgelegt als axial verschiebbare Klauenräder, koppelbar, welche ihrerseits mit der Zentralwelle in Drehverbindung stehen oder verbringbar sind.This object is achieved by the interaction of the essential features specified in claim 1. Thereafter, the two torque contributions, if necessary via transmission, are introduced into a coupling wheel, which is in rotary connection with a central shaft. Apart from in any case in operation with the central shaft rotatably connected pinion of the lowest gear stage are mounted on the central shaft differently sized, meshing with drive wheels rotatably mounted, preferably roller bearings. For reversible clutch engagement, the pinion with the central shaft via coupling wheels, preferably designed as axially movable claw wheels, coupled, which in turn are in rotary connection with the central shaft or can be brought.

Für eine solche Axialverlagerung der Kupplungsräder oder der Ritzel kann ein elektromagnetisch initiierter Längshub in Betracht kommen; es ist aber vorzugsweise vorgesehen, dass ein Servomotor eine gewindeähnlich mit großer Steigung gewundene Kulisse in der Mantelfläche einer Schaltwelle um einen beschränkten Winkel verdreht, in die beispielsweise eine Schaltgabel mit einem Bolzen eingreift. Außerdem ist solch eine Schaltgabel gemäß einer u-Geometrie berandet, in der das axial verlagerbare Kupplungsrad – oder unmittelbar ein für den umsteuerbaren Kupplungseingriff axial verlagerbares Ritzel –, die u-Schenkel mit einer umlaufenden Nut axial übergreifend, mit der Zentralwelle rotiert.For such an axial displacement of the clutch wheels or the pinion, an electromagnetically initiated longitudinal stroke may be considered; However, it is preferably provided that a servomotor rotates a thread-like manner with a large pitch coiled backdrop in the lateral surface of a switching shaft by a limited angle, which engages, for example, a shift fork with a bolt. In addition, such a shift fork is bounded according to a u-geometry, in which the axially displaceable clutch wheel - or directly for the reversible clutch engagement axially displaceable pinion - the u-legs with a circumferential groove axially overlapping, rotates with the central shaft.

Eine Erweiterung solcher kompaktbauenden und betriebszuverlässigen, elektromotorisch betätigbaren automatischen Gangschaltung auf weitere Gangstufen ist ohne weiteres dadurch möglich, dass zusätzliche Ritzel-Triebrad-Paarungen unterschiedlicher Übersetzungen, gegebenenfalls samt Kupplungsrädern, axial gegeneinander versetzt auf der Zentralwelle beziehungsweise auf der Hohlwelle aufgereiht werden, mit zugeordneten Kulissenverläufen in der Schaltwelle. Durch Freiläufe wird bewirkt, dass immer nur das momentan am schnellsten rotierende Ritzel ein Drehmoment über das mit ihm kämmende Triebrad auf der Hohlwelle zum Zugmittelrad überträgt, die niedrigeren Gänge werden jeweils vom nächsthöheren überholt. Ein zusätzlicher Freilauf auf der Hohlwelle kann zum Rückwärtsdrehen des Zugmittelrades vorgesehen sein.An extension of such kompaktbauenden and reliable operation, electric motor actuated automatic gearshift on other grades is readily possible that additional pinion-drive-wheel pairings of different translations, possibly together with clutch wheels, axially offset from each other on the central shaft or on the hollow shaft are lined up with associated scenes course in the switching shaft. By freewheels causes only the currently fastest rotating pinion transmits a torque on the meshing with him drive wheel on the hollow shaft to Zugmittelrad, the lower gears are each overtaken by the next higher. An additional freewheel on the hollow shaft may be provided for the reverse rotation of Zugmittelrades.

So kann durch bloßes Ansteuern des Servomotors zum Verdrehen der Schaltwelle mit der Kulisse für den Kupplungseingriff ein mit einem Triebrad kämmendes Ritzel an die Zentralwelle gekoppelt werden, um in dieser aktuellen Gangstufe die Hohlwelle mit dem Zugmittelrad anzutreiben. Die Ansteuerung des Servomotors erfolgt vollautomatisch nach Maßgabe der, von einem in das Umgehäuses des Zusatzantriebes integrierten Messwerk, aktuell ermittelten Betriebswerte für insbesondere das Drehmoment und/oder die Trittfrequenz an der Tretkurbel. Dafür müssen mangels externer Stellglieder und Sensoren keinerlei Kabel das Umgehäuse verlassen, was Beschädigungen und Fehleinstellungen vorbeugt. Vollautomatisch wird über eine dem Messwerk nachfolgende Steuerschaltung für den momentanen Leistungsbedarf das notwendige zusätzliche Drehmoment aus dem elektromotorischen Antrieb und die optimale Gangstufe für nicht unnötig schnelles Pedalieren ermittelt, wie es als solches aus der Pedelec-Messwertverarbeitung bekannt ist; und – auch unter Last, also ohne das Pedalieren anpassen oder gar vorübergehend unterbrechen zu müssen –, wird in die entsprechende Gangstufe gewechselt.Thus, by merely driving the servomotor to rotate the shift shaft with the link for the clutch engagement, a pinion meshing with a drive gear can be coupled to the central shaft to drive the hollow shaft with the traction wheel in this current gear ratio. The control of the servomotor is fully automatic in accordance with the, from a built-in the surrounding housing of the auxiliary drive measuring device, currently determined operating values for in particular the torque and / or the cadence at the pedal. For this lack of external actuators and sensors no cables leave the enclosure, which prevents damage and incorrect settings. Fully automatic, the necessary additional torque from the electric motor drive and the optimum gear ratio for not unnecessarily fast pedaling is determined via a subsequent control circuit for the instantaneous power requirement, as it is known as such from the Pedelec measured value processing; and - even under load, so without having to adjust the pedaling or even temporarily interrupting - is changed to the appropriate gear.

Zusätzliche Weiterbildungen und Abwandlungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung von deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines unter Abstraktion auf das Funktionswesentliche skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zu dieser Erfindung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Dreigangschaltung für einen elektromotorischen Fahrrad-Zusatzantrieb bei vereinfachter Darstellung der Drehmomentenüberlagerung und in die Darstellebene verschwenkt skizziertem Schaltungsgetriebe. Additional refinements and modifications of the solution according to the invention will become apparent from the other claims and, also taking into account the advantages thereof, from the following description of an outlined under abstraction on the functional essential preferred implementation example of this invention. The single FIGURE of the drawing shows a three-speed circuit for an electric motor bicycle auxiliary drive with a simplified representation of the torque superposition and pivoted in the Darstellebene sketched shift transmission.

Ein stabiles Umgehäuses 11 des elektromotorischen Zusatzantriebes 12 übernimmt, wie an einem Fahrradrahmen (nicht dargestellt), die Aufnahme eines Tretlagers 13 für die beidseitig aus dem Umgehäuse 11 hervorstehende Kurbelwelle 14 mit ihren Pedalen (nicht dargestellt) zum Muskelantrieb des Fahrrades.A stable housing 11 the electromotive auxiliary drive 12 takes over, as on a bicycle frame (not shown), the inclusion of a bottom bracket 13 for the two-sided from the surrounding housing 11 protruding crankshaft 14 with their pedals (not shown) to the muscle drive of the bicycle.

Die Drehzahl der Kurbelwelle 14, die drehfest mit einem Stirnrad 16 bestückt ist, wird mittels eines Übersetzungsgetriebes 15 heraufgesetzt. Das treibt ein Koppelrad 25 samt seiner Zentralwelle 40 an. Wenn es sich beim Getriebe 15 um ein Planetengetriebe handelt, dann steht vorzugsweise dessen Hohlrad mit dem Stirnrad 16 in Eingriff, während die Sonne mit dem Koppelrad 25 und der Zentralwelle 40 koaxial in starrer Drehverbindung steht. Der Planetenträger dieses Planetengetriebes ist dann vorzugsweise über einen Stützarm stillgesetzt, unter Einwirkung auf ein gehäusefestes Drehmomenten-Messwerk 42.The speed of the crankshaft 14 , which rotatably with a spur gear 16 equipped, is by means of a transmission gear 15 increased. That drives a coupling wheel 25 along with its central shaft 40 at. If it is the transmission 15 is a planetary gear, then preferably is the ring gear with the spur gear 16 engaged while the sun with the coupling wheel 25 and the central shaft 40 coaxial in rigid rotary connection. The planet carrier of this planetary gear is then preferably stopped by a support arm, acting on a fixed housing torque measuring device 42 ,

Das Umgehäuse 11 beherbergt außerdem einen vorzugsweise hochtourigen elektromotorischen Antrieb 31. Dessen Drehzahl wird erforderlichenfalls mittels eines Untersetzungsgetriebes 32 herabgesetzt. Bei dem kann es sich insbesondere um ein Stirnradgetriebe handeln, oder um eine Transmission mit einem Zugmittel wie einer Kette, einem Zahnriemen oder einem Profilriemen. Auch ein Planetengetriebe mit unmittelbar auf der Antriebswelle 35 des Motors 31 sitzender Sonne kann Bestandteil dieses Untersetzungsgetriebes 32 sein.The enclosure 11 also houses a preferably high-speed electric motor drive 31 , Its speed is required by means of a reduction gear 32 reduced. This may in particular be a helical gear, or a transmission with a traction means such as a chain, a toothed belt or a profiled belt. Also a planetary gear with directly on the drive shaft 35 of the motor 31 sitting sun can be part of this reduction gear 32 be.

Beide Getriebe 15, 32, also ausgelegt auch mit unterschiedlichen Getriebestufen oder -kombinationen, stehen ausgangsseitig in Eingriff mit dem Koppelrad 25; so dass hier die Drehmomenten-Beiträge von der Kurbelwelle 14 und von der Antriebswelle 35 einander für das Drehen der Zentralwelle 40 überlagert werden.Both gears 15 . 32 So also designed with different gear stages or combinations, the output side are in engagement with the coupling wheel 25 ; so here's the torque contributions from the crankshaft 14 and from the drive shaft 35 each other for turning the central shaft 40 be superimposed.

Die Zentralwelle 40 ist mit einem stirnverzahnten Ritzel 43 drehfest bestückt. Als dieses Ritzel (43) kann grundsätzlich auch das Koppelrad 25 dienen; zumal wenn es als Planetensonne ausgelegt ist, so dass nur eines der Getriebe 15, 32 mit der Stirnverzahnung des Koppelrades 25 kämmt. Im Interesse einer übersichtlicheren Beschreibung der Erfindung wird nachstehend aber an jener Stelle wie skizziert von einem separaten, dem Koppelrad 25 gegenüber axial versetzten Ritzel 43 ausgegangen, das – wie das Koppelrad 25 – drehfest mit der Zentralwelle 40 verbunden oder zum Betrieb verbindbar ist.The central shaft 40 is with a spur pinion 43 rotatably equipped. As this pinion ( 43 ) can basically also the coupling wheel 25 serve; especially if it is designed as a planetary sun, leaving only one of the gears 15 . 32 with the spur toothing of the coupling wheel 25 combs. In the interests of a clearer description of the invention, however, the following is sketched at the point as outlined by a separate, the coupling wheel 25 against axially offset pinion 43 gone out, that - like the coupling wheel 25 - non-rotatable with the central shaft 40 connected or can be connected to the operation.

In der ersten Gangstufe der Drehmomentübertragung vom Koppelrad 25 auf ein Zugmittelrad 28 kämmt ein Ritzel 43.1 vergleichsweise kleinen Durchmessers mit einem dagegen großen Triebrad 26.1, mit welchem eine Hohlwelle 27 bestückt ist. Die Hohlwelle 27 ist mittels Wälzlagern 44 konzentrisch auf der Kurbelwelle 14 gelagert. Axial gegen das Triebrad 26 verlagert ist auf der Hohlwelle 27 das erwähnte Zugmittelrad 28 drehfest angeordnet. Das dient in konventioneller Weise dem Antrieb eines dem Umgehäuse 11 gegenüber versetzt am Fahrradrahmen gelagerten Hinterrades (nicht dargestellt) über ein Zugmittel 29, etwa über eine Kette, einen Zahnriemen oder einen Profilriemen.In the first gear, the torque transmission from the coupling wheel 25 on a Zugmittelrad 28 combs a pinion 43.1 comparatively small diameter with a large drive wheel 26.1 , with which a hollow shaft 27 is equipped. The hollow shaft 27 is by rolling bearings 44 concentric on the crankshaft 14 stored. Axial against the drive wheel 26 is displaced on the hollow shaft 27 the mentioned Zugmittelrad 28 arranged rotationally fixed. This is used in a conventional manner, the drive of the surrounding housing 11 opposite to the bicycle frame mounted rear wheel (not shown) via a traction device 29 , for example via a chain, a toothed belt or a profile belt.

Insoweit eine änderbare Übersetzung zwischen Zentralwelle 40 und Hohlwelle 27 vorliegt, handelt es sich hier um eine Gangschaltung 45. Da deren erster Gang nicht der größte ist, ist zwischen dem Triebrad 26.1 und seiner Hohlwelle 27 ein Freilauf 56 vorgesehen.In that regard, a changeable translation between central shaft 40 and hollow shaft 27 is present, this is a gear shift 45 , Since their first gear is not the largest, is between the drive wheel 26.1 and its hollow shaft 27 a freewheel 56 intended.

Für den zweiten Gang mit seiner höheren Stirnrad-Übersetzung steht ein zweites Ritzel 43.2 in Eingriff mit einem weiteren Triebrad 26.2. Wenn es sich bei diesem zweiten Gang um den höchsten Gang dieser Gangschaltung 45 handelt, sind die Hohlwelle 27 und das Triebrad 26.2 im Betrieb drehfest miteinander verbunden. Andernfalls liegt zwischen dem Triebrad 26.2 und seiner Hohlwelle 27 ebenfalls ein Freilauf 56.For the second gear with its higher spur gear ratio is a second pinion 43.2 in engagement with another drive wheel 26.2 , If this second gear is the highest gear of this gearshift 45 are the hollow shaft 27 and the drive wheel 26.2 rotatably connected during operation. Otherwise it lies between the drive wheel 26.2 and its hollow shaft 27 also a freewheel 56 ,

Dieses weitere, zweite Ritzel 43.2 ruht mittels eines Wälzlagers 61 auf der Zentralwelle 40. Es steht deshalb an sich nicht in Drehverbindung mit der Zentralwelle 40, es kann aber – wenn nicht das Ritzel selbst axial verlagerbar ist – mittels eines Kupplungsrades, etwa eines Klauenrades 48.2, drehfest an sie angekuppelt (und auch wieder von ihr getrennt) werden; was nachstehend als Umsteuern des Kupplungseingriffes bezeichnet wird.This further, second pinion 43.2 rests by means of a rolling bearing 61 on the central shaft 40 , It is therefore not in rotary connection with the central shaft 40 but it can - if not the pinion itself is axially displaceable - by means of a coupling wheel, such as a claw wheel 48.2 , rotatably attached to them (and also separated from it again); what is referred to below as Umsteuern the clutch engagement.

Solch ein Klauenrad 48.2 ist längs der Zentralwelle 40 axial verlagerbar, rotiert aber mit dieser. Vor einer axialen Stirnfläche weist das hier bevorzugt eingesetzte Klauenrad 48.2 achsparallel orientierte Klauen 47 auf. Für deren Axialverlagerung, zu formschlüssigem Eingriff in das axial benachbarte Ritzel 43, ist eine radial zur Zentralwelle 40 sich erstreckende Schaltgabel 49 vorgesehen. Deren u-ähnlich berandete Gabelöffnung (nicht dargestellt) greift zentripetal in eine Nut 60 ein, die um das Klauenrad 48.2 längs der Stirn umläuft. Dagegen versetzt ragt die Schaltgabel 49 mit einem Bolzen 59 in eine gewindeähnlich in der Mantelfläche 53 einer deshalb recht dicken Schaltwelle 54 verlaufende Kulisse 52 ein. Für das Umsteuern zwischen Eingriff und Ausgriff der Kupplungs-Klauen 47 ist die Schaltgabel 49 mittels eines Servomotors 50, erforderlichenfalls mit Untersetzungsgetriebe 57, längs der Zentralwelle 40 um einen vergleichsweise geringen Hub verschiebbar, indem der Servomotor 50, auch drehrichtungs-umsteuerbar, die Schaltwelle 54 nach Maßgabe der Kulissensteigung um einen geringen, für den Kupplungs-Hub ausreichenden Winkel verdreht. Diese achsparallele Kupplungsbewegung der Schaltgabel 49 wird längs einer zur Zentralwelle 40 und zur Schaltwelle 54 parallelen, gehäusefesten Stützsäule 51 geführt. Je nach der Drehrichtung der Schaltwelle 54 werden die Klauen 47 des Klauenrades 48.2 mit dem zugeordneten, benachbarten Ritzel 43 in Eingriff gebracht, das dadurch drehfest mit der Zentralwelle 40 verbunden wird, oder wieder außer Eingriff gebracht.Such a claw wheel 48.2 is along the central shaft 40 axially displaceable, but rotates with this. In front of an axial end face, the claw wheel preferably used here has 48.2 axially parallel claws 47 on. For the axial displacement, to form-fitting engagement in the axially adjacent pinion 43 , is a radial to the central shaft 40 extending shift fork 49 intended. Their u-like bordered fork opening (not shown) centripetally engages in a groove 60 one, around the claw wheel 48.2 runs along the forehead. In contrast, the shift fork protrudes 49 with a bolt 59 in a thread-like in the lateral surface 53 a reasonably thick shift shaft 54 running backdrop 52 one. For reversing between engagement and disengagement of the clutch claws 47 is the shift fork 49 by means of a servomotor 50 if necessary with reduction gear 57 , along the central shaft 40 slidable by a comparatively small stroke by the servomotor 50 , also reversible, the selector shaft 54 twisted in accordance with the setting slope by a small, sufficient for the clutch stroke angle. This axis-parallel coupling movement of the shift fork 49 becomes along one to the central shaft 40 and the shift shaft 54 parallel, housing-fixed support column 51 guided. Depending on the direction of rotation of the selector shaft 54 become the claws 47 of the claw wheel 48.2 with the associated, adjacent pinion 43 engaged thereby rotatably with the central shaft 40 connected, or disengaged again.

Auf diese Weise ist mit der Räderpaarung 43.226.2 der zweite Gang der Gangschaltung 45 aktivierbar. Für den dritten Gang ist ein drittes Räderpaar 43.326.3 mit eigener Kulisse 52.3 für die Axialverschiebung eines Klauenrades 48.3 vorgesehen. In der Schaltwelle 54 ist dessen Kulisse 52.3 in Umfangsrichtung gegenüber der anderen Kulisse 52.2 drehwinkelversetzt; die Kulisse 52.3 wird deshalb erst wirksam, wenn die Schaltwelle 54 vom Servomotor 50 um einen gewissen Drehwinkel weiter gedreht wird. Damit kann zugleich, infolge nun gegensinniger Neigungen der Kulissen 52.2/52.3, der Kupplungseingriff des Klauenrades 48.2 wieder geöffnet werden. Um die Anzahl an Kupplungsbewegungen zu reduzieren, bleibt aber dieser Eingriff zweckmäßigerweise beibehalten. Dann wird der langsamere, mit einem Freilauf 56 versehene zweite Gang vom schnelleren dritten Gang überrollt; bis der langsamere wieder greift.This way is with the wheel pairing 43.2 - 26.2 the second gear of the gearshift 45 enableable. For the third gear is a third pair of wheels 43.3 - 26.3 with own backdrop 52.3 for the axial displacement of a claw wheel 48.3 intended. In the shift shaft 54 is its backdrop 52.3 in the circumferential direction relative to the other backdrop 52.2 rotating angularly offset; the scenery 52.3 is therefore effective only when the shift shaft 54 from the servomotor 50 is rotated further by a certain angle of rotation. This can at the same time, as a result of opposing inclinations of the scenes 52.2 / 52.3 , the clutch engagement of the claw wheel 48.2 be opened again. In order to reduce the number of coupling movements, but this intervention is conveniently maintained. Then the slower, with a freewheel 56 provided second gear from the faster third gear overrun; until the slower reaches again.

Das Verdrehen der Schaltwelle 54 mit ihren axial gegeneinander versetzten schraubenförmigen Kulissen 52 zum Kuppeln oder Lösen der Kupplungs-Klauen 47 mit den Rädern 43 erfolgt mittels des umsteuerbaren Servomotors 50 über ein stark untersetzendes Getriebe 57, zur Drehmomentensteigerung und da die Kulissen 52 sich nur über einen beschränkten Umfangswinkel auf der Mantelfläche 53 der Schaltwelle 54 erstrecken. Die entsprechende Ansteuerung des Servomotors 50 erfolgt aus einer, auch dessen Drehmomenten-Beitrag des Antriebes 31 abrufenden, zentralen, in das Umgehäuse 11 integrierten Steuerschaltung 58 nach Maßgabe einer Auswertung des vom Messwerk 42 erfassten Drehmomentenverlaufes an der Kurbelwelle 14, um möglichst stets mit gleicher Muskelleistung bei angepasster, deshalb angenehmer Trittfrequenz zu pedalieren.The rotation of the switching shaft 54 with their axially offset helical scenes 52 for coupling or releasing the clutch claws 47 with the wheels 43 takes place by means of the reversible servomotor 50 over a strongly reducing gear 57 , to increase torque and there the scenes 52 only over a limited circumferential angle on the lateral surface 53 the switching shaft 54 extend. The corresponding control of the servomotor 50 takes place from a, also its torque contribution of the drive 31 retrieving, central, into the enclosure 11 integrated control circuit 58 according to an evaluation of the measuring plant 42 detected torque curve on the crankshaft 14 in order always to pedal with the same muscular performance at an adapted, therefore pleasant cadence.

Eine für den elektromotorischen Zusatzantrieb 12 eines Fahrrades ausgelegte Gangschaltung 45 weist somit erfindungsgemäß eine Zentralwelle 40 auf, bei der die Drehmomentenbeiträge einer Kurbelwelle 14 und einer Antriebswelle 35 einander überlagert sind; wobei die Zentralwelle 40, pro Gangstufe über ein Ritzel 43 und ein damit kämmendes Triebrad 26, mit einem Zugmittelrad 28 in Drehverbindung steht oder verbringbar ist. In der kleinsten der Gangstufen dieser Gangschaltung 45, also im ersten Gang, ist das Ritzel 43 drehstarr mit der Zentralwelle 40 verbunden, in den anderen, höheren Gangstufen sind deren Ritzel 43 auf der Zentralwelle 40 wälzgelagert. Ab der zweitniedrigsten, also der zweiten der Gangstufen ist zwischen der Zentralwelle 40 und dem zugeordneten der Ritzel 43 eine formschlüssige Kupplung 46 mit einem Kupplungsrad, vorzugsweise in Form eines auf der Zentralwelle 40 drehfesten aber axial verlagerbaren Klauenrades 48.2, wirksam. Das Klauenrad 48.2, also die Kupplung 46, ist bevorzugt mittels einer von einem Servomotor 50 verdrehbaren Schaltwelle 54 über eine Schaltgabel 49 durch Verschieben längs der Zentralwelle 40 umsteuerbar. Die Schaltgabel 49 wird dabei von einer zu den Achsen der Zentralwelle 40 und der Schaltwelle 54 parallelen Stützsäule 51 quer geführt. Die Schaltgabel 49 greift für das Umsteuern der Kupplung 46 in eine gewindeähnliche Kulisse 52 in der Mantelfläche 53 der Schaltwelle 54 und außerdem in eine längs der Stirn des Klauenrades 48.2 umlaufende Nut 60 ein. Außer in der höchsten Gangstufe ist jeweils zwischen der mit dem Zugmittelrad 28 bestückten Welle und den Triebrädern 26 ein Freilauf 56 eingebaut. Dadurch werden vom momentan schnellsten der Gänge die langsameren übertourt. Bei abfallender Geschwindigkeit übernimmt, auch unter Last, die nächst langsame Gangstufe den Antrieb des Zugmittelrades 28. Zum Betreiben des Zusatz-Antriebes 31 und des Gangwechsel-Servomotors 50 ist eine Steuerschaltung 58 vorgesehen, die nach Maßgabe der aktuellen Betriebswerte, insbesondere des von der Kurbelwelle 14 gerade anstehenden Drehmomentes, aber auch etwa daraus ableitbarer Betriebswerte wie der Trittfrequenz oder der Fahrgeschwindigkeit, beaufschlagt ist. Für diese automatische Gangschaltung 45 sind deshalb keine Sensoren oder Steuerelemente außerhalb des Umgehäuses 11 erforderlich.One for the electromotive auxiliary drive 12 a bicycle designed gearshift 45 Thus, according to the invention has a central shaft 40 on, at which the torque contributions of a crankshaft 14 and a drive shaft 35 superimposed on each other; being the central shaft 40 , per gear stage via a pinion 43 and a drive wheel meshing therewith 26 , with a traction wheel 28 is in rotary connection or can be moved. In the smallest of the gears of this gearshift 45 , so in first gear, is the pinion 43 torsionally rigid with the central shaft 40 connected, in the other, higher gear stages are their pinions 43 on the central shaft 40 roller bearings. From the second lowest, so the second of the gears is between the central shaft 40 and the associated pinion 43 a positive coupling 46 with a coupling wheel, preferably in the form of one on the central shaft 40 non-rotatable but axially displaceable claw wheel 48.2 , effective. The claw wheel 48.2 So the clutch 46 , is preferably by means of one of a servomotor 50 rotatable shaft 54 via a shift fork 49 by moving along the central shaft 40 reversible. The shift fork 49 is doing so from one to the axes of the central shaft 40 and the shift shaft 54 parallel support column 51 led across. The shift fork 49 engages for reversing the clutch 46 in a thread-like backdrop 52 in the lateral surface 53 the switching shaft 54 and also in one along the forehead of the claw wheel 48.2 circumferential groove 60 one. Except in the highest gear is between each with the Zugmittelrad 28 equipped shaft and the drive wheels 26 a freewheel 56 built-in. As a result of the currently fastest of the gears are the slower overclocked. When the speed drops, the next slow gear step, even under load, takes over the drive of the traction means wheel 28 , For operating the additional drive 31 and the gear change servomotor 50 is a control circuit 58 provided in accordance with the current operating values, in particular that of the crankshaft 14 currently pending torque, but also about it derivable operating values such as the cadence or the driving speed, is acted upon. For this automatic gearshift 45 are therefore no sensors or controls outside the enclosure 11 required.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1111
Umgehäuses (für 12)Enclosure (for 12 )
1212
Zusatzantrieb (mit 31)Auxiliary drive (with 31 )
1313
Tretlager (für 14 in 11)Bottom bracket (for 14 in 11 )
1414
Kurbelwelle (durch 1313/11 hindurch)Crankshaft (by 13 - 13 / 11 therethrough)
1515
Übersetzungsgetriebe (für 14)Transmission gear (for 14 )
1616
Stirnrad (an 14)Spur gear (at 14 )
1717
1818
1919
2020
2121
2222
2323
2424
2525
Koppelrad (an 40)Coupling wheel (on 40 )
26, 26.i26, 26.i
Triebräder (an 27; zwischen 43 und 27/28): i = 1, 2, 3Driving wheels (at 27 ; between 43 and 27 / 28 ): i = 1, 2, 3
2727
Hohlwelle (über 14)Hollow shaft (above 14 )
2828
Zugmittelrad (an 27)Traction wheel (at 27 )
2929
Zugmittel (über 28)Traction means (over 28 )
3030
3131
Antrieb (von 12)Drive (from 12 )
3232
Untersetzungsgetriebe (für 31)Reduction gearbox (for 31 )
3333
3434
3535
Antriebswelle (von 31)Drive shaft (from 31 )
3636
3737
3838
3939
4040
Zentralwelle (mit 25)Central shaft (with 25 )
4141
4242
Messwerk (in 11 für 14)Measuring mechanism (in 11 For 14 )
43, 43.i43, 43.i
Ritzel (zwischen 40 und 26); i = 1, 2, 3Pinion (between 40 and 26 ); i = 1, 2, 3
4444
Wälzlager (zwischen 27 und 14)Rolling bearings (between 27 and 14 )
4545
Gangschaltung (zwischen 40 und 2728)Gear shift (between 40 and 27 - 28 )
4646
Kupplung (zwischen 40 und 43, 26, 27, 28)Clutch (between 40 and 43 . 26 . 27 . 28 )
4747
Klauen (an 48.i, zum Eingriff in 43)Claws (on 48.i , for intervention in 43 )
48, 48.i48, 48.i
Klauenräder (zwischen 40 und 43); i = 2, 3Clawwheels (between 40 and 43 ); i = 2, 3
4949
Schaltgabel (zwischen 54 und 48.i)Shift fork (between 54 and 48.i )
5050
Servomotor (für 54)Servomotor (for 54 )
5151
Stützsäule (an 11 parallel 40/58)Support column (on 11 parallel 40 / 58 )
52, 52.i52, 52.i
Kulissen (in 53/54 für 49/59); i = 2, 3Scenes (in 53 / 54 For 49 / 59 ); i = 2, 3
5353
Mantelfläche (von 54, mit 52)Lateral surface (from 54 , With 52 )
5454
Schaltwelle (für 49)Shift shaft (for 49 )
5555
5656
Freilauf (zwischen 27 und 26)Freewheel (between 27 and 26 )
5757
Getriebe (von 50)Transmission (from 50 )
5858
Steuerschaltung (hinter 42, für 31 und 50)Control circuit (behind 42 , For 31 and 50 )
5959
Bolzen (an 49 zum Eingriff in 52)Bolt (on 49 for intervention in 52 )
6060
Nut (an 48.i umlaufend, zum Eingriff von 49)Groove (on 48.i circulating, for the intervention of 49 )
6161
Wälzlager (zwischen 40 und 43)Rolling bearings (between 40 and 43 )

Claims (10)

Gangschaltung (45), ausgelegt für einen elektromotorischen Fahrrad-Zusatzantrieb (12), bei dem die Drehmomentenbeiträge einer Kurbelwelle (14) und einer Antriebswelle (35) einander überlagert ein Zugmittelrad (28) antreiben, dadurch gekennzeichnet, dass eine von den beiden Drehmomentenbeiträgen beaufschlagte Zentralwelle (40) für mehr als eine Gangstufe koaxial mit mehr als einem Ritzel (43) ausgestattet ist, das jeweils über ein damit kämmendes Triebrad (26) mit dem Zugmittelrad (28) in Drehverbindung steht, wobei in einer gegenüber der untersten Gangstufe höheren Gangstufe zwischen der Zentralwelle (40) und dem dieser Gangstufe zugeordneten, auf der Zentralwelle (40) gelagerten Ritzel (43) ein umsteuerbarer Kupplungseingriff vorgesehen ist.Gear shift ( 45 ), designed for an electric motor bicycle auxiliary drive ( 12 ), in which the torque contributions of a crankshaft ( 14 ) and a drive shaft ( 35 ) superimposed on one Zugmittelrad ( 28 ), characterized in that one of the two torque contributions acted upon central shaft ( 40 ) for more than one gear step coaxial with more than one pinion ( 43 ), which in each case via a meshing drive wheel ( 26 ) with the Zugmittelrad ( 28 ) is in rotational connection, wherein in a relation to the lowest gear stage higher gear stage between the central shaft ( 40 ) and the gear assigned to this gear, on the central shaft ( 40 ) mounted pinion ( 43 ) a reversible clutch engagement is provided. Gangschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungseingriff mittels einer Kulisse (52) in einer verdrehbaren Schaltwelle (54) umsteuerbar ist.Gear shift according to claim 1, characterized in that the clutch engagement by means of a link ( 52 ) in a rotatable shaft ( 54 ) is reversible. Gangschaltung nach dem vorangehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine von einem Servomotor (50) verdrehbare Schaltwelle (54) für den umsteuerbaren Kupplungseingriff.Gearshift according to the preceding claim, characterized by one of a servomotor ( 50 ) rotatable shaft ( 54 ) for the reversible clutch engagement. Gangschaltung nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltgabel (49), quer geführt von einer zu den Achsen der Zentralwelle (40) und der Schaltwelle (54) parallelen Stützsäule (51), einerseits in die Kulisse (52) in einer Mantelfläche (53) der Schaltwelle (54) und andererseits in eine längs der Stirn eines Kupplungsrades umlaufende Nut (60) eingreift.Gear shift according to one of the two preceding claims, characterized in that a shift fork ( 49 ), transversely guided from one to the axes of the central shaft ( 40 ) and the shift shaft ( 54 ) parallel support column ( 51 ), on the one hand into the scenery ( 52 ) in a lateral surface ( 53 ) of the switching shaft ( 54 ) and on the other hand in a along the front of a clutch wheel encircling groove ( 60 ) intervenes. Gangschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine formschlüssige Kupplung (46) mit einem, mit der Zentralwelle (40) in Drehverbindung stehenden, als Klauenrad (48.2) ausgelegtem Kupplungsrad vorgesehen ist.Gear shift according to one of the preceding claims, characterized in that a positive-locking clutch ( 46 ) with one, with the central shaft ( 40 ) in rotary connection, as a claw wheel ( 48.2 ) designed clutch wheel is provided. Gangschaltung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsrad mit achsparallelen Klauen (47) zu Eingriff in das Ritzel (43) ausgelegt ist, welches auf der Zentralwelle (40) gelagert ist.Gearshift according to the preceding claim, characterized in that the coupling wheel with axially parallel claws ( 47 ) to engage in the pinion ( 43 ) which is arranged on the central shaft ( 40 ) is stored. Gangschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – außer in der höchsten Gangstufe – zwischen einer mit dem Zugmittelrad (28) ausgestatteten Welle und dem Triebrad (26) ein Freilauf (56) vorgesehen ist.Gearshift according to one of the preceding claims, characterized in that - except in the highest gear stage - between one with the Zugmittelrad ( 28 ) equipped shaft and the drive wheel ( 26 ) a freewheel ( 56 ) is provided. Gangschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine auf der Kurbelwelle (14) wälzgelagerte Hohlwelle (27) zwischen dem Zugmittelrad (28) und den damit koaxialen, axial gegeneinander versetzten Triebrädern (26).Gearshift according to one of the preceding claims, characterized by a on the crankshaft ( 14 ) roller bearing hollow shaft ( 27 ) between the traction wheel ( 28 ) and the thus coaxial, axially staggered Triebrädern ( 26 ). Gangschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zweigängig ausgelegt ist, wobei von den Ritzeln (45) nur dasjenige des kleinsten Ganges kupplungslos drehfest mit der Zentralwelle (40) verbunden oder verbindbar ist und wobei nur das Triebrad (26) des größten Ganges freilauflos drehfest mit dem Zugmittelrad (28) verbunden oder verbindbar ist.Gearshift according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed at least two-speed, wherein of the pinions ( 45 ) Only that of the smallest gear clutchless rotatably with the central shaft ( 40 ) is connected or connectable and whereby only the drive wheel ( 26 ) of the largest gear freewheeling rotation with the Zugmittelrad ( 28 ) is connected or connectable. Gangschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betreiben des Antriebes (31) und des Servomotors (50) eine Steuerschaltung (58) vorgesehen ist, die nach Maßgabe des von der Kurbelwelle (14) gerade anstehenden Drehmomentes und gegebenenfalls auch davon abgeleiteter Betriebswerte beaufschlagt ist. Gear shift according to one of claims 3 to 9, characterized in that for operating the drive ( 31 ) and the servomotor ( 50 ) a control circuit ( 58 ) provided in accordance with that of the crankshaft ( 14 ) currently applied torque and possibly also derived therefrom operating values is acted upon.
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